О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка

Доведено теорему типу Адамара, яка пов'язує узагальнений порядок зростання ρ∗f(α,β) цілої трансцендентної функції f з коефіцієнтами її розвинення в ряд Фабера. Теорема є своєрідним поширенням одного результату С. К. Балашова на випадок скінченної однозв'язної області G з межею y, що належи...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2008
Автори: Вакарчук, С.Б., Жир, С.И.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут математики НАН України 2008
Назва видання:Український математичний журнал
Теми:
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/164710
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка / С.Б. Вакарчук, С.И. Жир // Український математичний журнал. — 2008. — Т. 60, № 8. — С. 1011–1026. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-164710
record_format dspace
spelling irk-123456789-1647102020-02-11T01:25:39Z О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка Вакарчук, С.Б. Жир, С.И. Статті Доведено теорему типу Адамара, яка пов'язує узагальнений порядок зростання ρ∗f(α,β) цілої трансцендентної функції f з коефіцієнтами її розвинення в ряд Фабера. Теорема є своєрідним поширенням одного результату С. К. Балашова на випадок скінченної однозв'язної області G з межею y, що належить до класу С. Я. Альпера Λ∗. На основі цього отримано граничні рівності, які пов'язують ρ∗f(α,β) з послідовністю найкращих поліноміальних наближень f у деяких банахових просторах функцій, аналітичних в G. We prove a Hadamard-type theorem that associates the generalized order of growth ρ∗f(α,β) of an entire transcendental function ƒ with the coefficients of its expansion in a Faber series. This theorem is an extension of one result of Balashov to the case of a finite simply connected domain G with boundary γ belonging to the Al'per class Λ*. Using this theorem, we obtain limit equalities that associate ρ∗f(α,β) with a sequence of the best polynomial approximations of ƒ in certain Banach spaces of functions analytic in G. 2008 Article О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка / С.Б. Вакарчук, С.И. Жир // Український математичний журнал. — 2008. — Т. 60, № 8. — С. 1011–1026. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 1027-3190 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/164710 517.5 ru Український математичний журнал Інститут математики НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Статті
Статті
spellingShingle Статті
Статті
Вакарчук, С.Б.
Жир, С.И.
О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка
Український математичний журнал
description Доведено теорему типу Адамара, яка пов'язує узагальнений порядок зростання ρ∗f(α,β) цілої трансцендентної функції f з коефіцієнтами її розвинення в ряд Фабера. Теорема є своєрідним поширенням одного результату С. К. Балашова на випадок скінченної однозв'язної області G з межею y, що належить до класу С. Я. Альпера Λ∗. На основі цього отримано граничні рівності, які пов'язують ρ∗f(α,β) з послідовністю найкращих поліноміальних наближень f у деяких банахових просторах функцій, аналітичних в G.
format Article
author Вакарчук, С.Б.
Жир, С.И.
author_facet Вакарчук, С.Б.
Жир, С.И.
author_sort Вакарчук, С.Б.
title О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка
title_short О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка
title_full О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка
title_fullStr О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка
title_full_unstemmed О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка
title_sort о наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка
publisher Інститут математики НАН України
publishDate 2008
topic_facet Статті
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/164710
citation_txt О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций обобщенного порядка / С.Б. Вакарчук, С.И. Жир // Український математичний журнал. — 2008. — Т. 60, № 8. — С. 1011–1026. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.
series Український математичний журнал
work_keys_str_mv AT vakarčuksb onailučšempolinomialʹnompribliženiicelyhtranscendentnyhfunkcijobobŝennogoporâdka
AT žirsi onailučšempolinomialʹnompribliženiicelyhtranscendentnyhfunkcijobobŝennogoporâdka
first_indexed 2025-07-14T17:18:41Z
last_indexed 2025-07-14T17:18:41Z
_version_ 1837643618486059008
fulltext УДК 517.5 С. Б. Вакарчук, С. И. Жир (Акад. тамож. службы Украины, Днепропетровск) О НАИЛУЧШЕМ ПОЛИНОМИАЛЬНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ ЦЕЛЫХ ТРАНСЦЕНДЕНТНЫХ ФУНКЦИЙ ОБОБЩЕННОГО ПОРЯДКА We prove a Hadamard-type theorem which connects the generalized order of growth ρ∗f (α, β) of entire transcendental function f with coefficients of its expansion into the Faber series. The theorem is an original extension of a certain result by S. K. Balashov to the case of finite simply connected domain G with the boundary γ belonging to the S. Ya. Al’per class Λ∗. This enables us to obtain boundary equalities that connect ρ∗f (α, β) with the sequence of the best polynomial approximations of f in some Banach spaces of functions analytic in G. Доведено теорему типу Адамара, яка пов’язує узагальнений порядок зростання ρ∗f (α, β) цiлої трансцендентної функцiї f з коефiцiєнтами її розвинення в ряд Фабера. Теорема є своєрiдним поширенням одного результату С. К. Балашова на випадок скiнченної однозв’язної областi G з межею γ, що належить до класу С. Я. Альпера Λ∗. На основi цього отримано граничнi рiвностi, якi пов’язують ρ∗f (α, β) з послiдовнiстю найкращих полiномiальних наближень f у деяких банахових просторах функцiй, аналiтичних в G. 1. Первые результаты, связанные с полиномиальной аппроксимацией целых транс- цендентных функций, были получены С. Н. Бернштейном в случае равномерного приближения на отрезке [−1, 1] алгебраическими многочленами вещественной функции f, которая являлась сужением на [−1, 1] целой трансцендентной функции (см., например, [1]). В дальнейшем это дало толчок к исследованию связей между различными характеристиками роста максимума модуля целой трансцендентной функции и скоростью стремления к нулю последовательности ее наилучших по- линомиальных приближений в C[−1, 1] (см., например, [2, 3]). Предложенные М. Н. Шереметой [4, 5] и дополненные С. К. Балашовым [6] обобщения классичес- ких характеристик роста целых функций существенно обогатили шкалу роста и позволили получить ряд новых результатов теории аппроксимации в C[−1, 1] (см., например, [7]). Предельные равенства, связывающие характеристики роста целых трансцен- дентных функций с последовательностями их наилучших полиномиальных при- ближений в некоторых банаховых пространствах аналитических в единичном круге функций, были получены, в частности, в работах [8 – 13]. Для конечной односвязной области, ограниченной спрямляемой жордановой кривой, первые результаты указанного вида получил А. В. Батырев [14]. В после- дующем эта тематика получила свое развитие в ряде других работ (см., например, [15 – 18]). Данная статья продолжает указанные исследования в конечной односвяз- ной области, и для этого в ней использованы некоторые обобщения классических характеристик роста целых функций. 2. Пусть G — конечная односвязная область комплексной плоскости C, огра- ниченная гладкой спрямляемой замкнутой жордановой кривой γ, причем дополне- нием к G = G∪ γ является односвязная область Ω, содержащая точку z = ∞. При этом γ = { z ∈ C : z(s) = x(s) + iy(s), 0 ≤ s ≤ l, z(0) = z(l) } , где s — длина дуги, отсчитываемая от некоторой фиксированной точки на γ, l — длина γ. Обозначим c© С. Б. ВАКАРЧУК, С. И. ЖИР, 2008 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 1011 1012 С. Б. ВАКАРЧУК, С. И. ЖИР через θ(s) угол между касательной к кривой γ в точке z(s) и положительным на- правлением оси Ox, а через ω(θ, t) модуль непрерывности функции θ. Полагают [19], что кривая γ принадлежит классу Λ∗, если для нее выполнено условие c∫ 0 ω(θ, t) t ln |t|dt < ∞, где c — произвольное положительное число. Пусть функция w = Φ(z) отображает внешность замкнутой кривой γ плоскости z на внешность единичной окружности |w| = 1 плоскости w так, что Φ(∞) = ∞ и Φ′(∞) = δ > 0. При этом условие Φ(∞) = ∞ означает, что функция w = Φ(z) точку z = ∞ переводит в точку w = ∞, а условие Φ′(∞) = δ > 0 иногда записывается в виде lim { Φ(z)/z : z → ∞ } = δ > 0. В окрестности точки z = ∞ разложение Φ в ряд Лорана имеет вид Φ(z) = δz + δ0 + δ1 z + . . . + δk zk + . . . . (1) Через γr, r > 1, обозначим на плоскости z линию уровня функции Грина области G, которая при отображении w = Φ(z) переходит в окружность |w| = r плоскости w. Поскольку отображение w = Φ(z) конформно и однолистно, при r > 1 линия уровня γr является замкнутой правильной аналитической кривой. В случае r = 1 линия уровня γ1 есть граница γ области G. Произвольная линия уров- ня γr, r > 1, определяет две канонические области: внутренность Gr и внешность Ωr. При этом Gr = Gr ∪ γr, G = G1, Ω = Ω1. 3. Пусть L0 — класс функций h, принимающих положительные значения, определенных на полусегменте [1,∞) и удовлетворяющих условиям: 1) функции h дифференцируемы на [1,∞), строго монотонно возрастают и при x →∞ стремятся к ∞; 2) для любого c ∈ (0,∞) имеет место равенство lim x→∞ h(cx) h(x) = 1. (2) Функции h, для которых выполняется условие 2, называют функциями медленного роста. Развивая идеи Н. М. Шереметы [4], С. К. Балашов рассмотрел в [6], в частности, понятие обобщенного порядка целой трансцендентной функции f : ρ∗f (α, β) = lim r→∞ α ( lnM(f, r) ) β(r) , (3) где α, β ∈ L0, M(f, r) = max {∣∣f(z) ∣∣ : |z| = r } . Он установил формулу типа Ада- мара, связывающую характеристику (3) и коэффициенты ряда Тейлора функции f. Для целой транцендентной функции f обозначим M̃(f, r) = max {∣∣f(z) ∣∣ : z ∈ ∈ Gr } , r > 1. Пусть z = Ψ(w) — функция, обратная к w = Φ(z). Эта функция отображает конформно и однолистно область |w| > 1 на область Ω. Ее разложение в ряд Лорана в окрестности точки w = ∞ имеет вид ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 О НАИЛУЧШЕМ ПОЛИНОМИАЛЬНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ ЦЕЛЫХ ... 1013 z = Ψ(w) = νw + ν0 + ν1 w + . . . + νk wk + . . . , |w| > 1, (4) где ν = 1/δ. Использовав (2) – (4), покажем, что ρ∗f (α, β) = lim r→∞ α ( ln M̃(f, r) ) β(r) . (5) Действительно, полагая z = wν и R = r|ν|, имеем lim r→∞ α ( ln M̃(f, r) ) β(r) = lim r→∞ α ( ln max |w|=r ∣∣∣f(Ψ(w) )∣∣∣) β(r) = = lim r→∞ α ( ln max |w|=r ∣∣∣f(w(ν + ν0 w + . . . + νk wk+1 + . . .) )∣∣∣) β(r) = = lim R→∞ α ( ln max |z|=R ∣∣f(z) ∣∣) β(R) = ρ∗f (α, β). Напомним, что n-й полином Фабера Fn для области G есть правильная часть разложения n-й степени функции Φ из (1) в ряд Лорана в окрестности z = ∞. Нам потребуется следующая теорема. Теорема A [20, с. 135, 136]. Пусть Fn, n ∈ Z+, — последовательность поли- номов Фабера для односвязной области G. Если функция f регулярна в области Gr, 1 < r < ∞, и на линии уровня γr имеет особую точку, то: 1) функция f разлагается в ряд по полиномам Фабера: f(z) = ∞∑ n=0 an(f)Fn(z), (6) где an(f) = 1 2πi ∫ |w|=R f ( Ψ(w) ) wn+1 dw, 1 < R < r; 2) при этом lim n→∞ |an(f)|1/n = 1 r (7) и ряд (6) равномерно сходится внутри Gr и расходится вне Gr; 3) обратно, если выполняется (7), то ряд (6) равномерно сходится внутри Gr и расходится вне Gr, а функция f, определенная равенством (6), регулярна в Gr и на линии уровня γr имеет особую точку. Поскольку ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 1014 С. Б. ВАКАРЧУК, С. И. ЖИР Fn(z) = 1 2πi ∫ γr Φn(ξ) ξ − z dξ, z ∈ Gr, n ∈ Z+, то ∣∣Fn(z) ∣∣ ≤ c1(r)rn, c1(r) df= l(γr) 2πd(γ, γr) , z ∈ γr, (8) где l(γr) — длина линии уровня γr, d(γ, γr) — расстояние между границей γ области G и кривой γr; r > 1. Следующее утверждение является теоремой типа Адамара, связывающей вели- чину (5) с коэффициентами разложения целой трансцендентной функции f в ряд Фабера (6). Его также можно рассматривать как своеобразное распространение одного результата С. К. Балашова [6] на случай конечной односвязной области G с границей γ ∈ Λ∗. Теорема 1. Пусть функции β, α принадлежат классу L0 и Q(x, c) df= df= β−1 ( cα(x) ) . Если для любого c ∈ (0,∞) при x → ∞ имеет место соотно- шение d lnQ(x, c) d lnx = O(1), (9) то справедливо равенство ρ∗f (α, β) = lim n→∞ α(n) β ( 1/ n √ |an(f)| ) . (10) 4. Доказательство теоремы 1. Пусть lim r→∞ α ( ln M̃(f, r) ) β(r) df= λ. (11) Тогда для произвольного ε > 0 существует число r0 = r0(ε) > 1 такое, что для всех r > r0 выполняется соотношение α ( ln M̃(f, r) ) β(r) ≤ λ∗ df= λ + ε. Отсюда имеем M̃(f, r) ≤ exp ( α−1 ( λ∗β(r) )) . (12) Согласно [20] для коэффициентов an(f), n ∈ N, выполняется неравенство |an(f)| ≤ (τ r )n M̃(f, r), (13) где τ — емкость множества G. Из (12), (13) получаем соотношение |an(f)| ≤ (τ r )n exp ( α−1 ( λ∗β(r) )) , (14) которое справедливо для любых r > r0. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 О НАИЛУЧШЕМ ПОЛИНОМИАЛЬНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ ЦЕЛЫХ ... 1015 Пусть r(n) df= Q(n, 1/λ∗). (15) Зафиксируем число n∗ ∈ N, для которого r(n∗) > r0. Поскольку функции α, β являются строго монотонно возрастающими, для всех натуральных чисел n ≥ n∗ имеем r(n) > r0. Подставив (15) в (14), получим |an(f)| ≤ τn exp ( n ( 1− lnQ(n, 1/λ∗) )) . (16) Прологарифмировав обе части неравенства (16), после несложных вычислений запишем |an(f)|−1/n ≥ Q(n, 1/λ∗) eτ . (17) Учитывая вид функции Q, приведенной в формулировке теоремы 1, из (17) имеем α(n) β ( eτ/ n √ |an(f)| ) ≤ λ + ε. (18) Поскольку ε > 0 — произвольное число, переходя в (18) к верхнему пределу при n →∞ и используя тот факт, что β — функция медленного роста и 1/ n √ |an(f)| → → ∞ при n →∞, получаем lim r→∞ α(n) β ( 1/ n √ |an(f)| ) df= λ1 ≤ λ. (19) Установим обратное неравенство λ1 ≥ λ. Для произвольного ε > 0 существует число n1 = n1(ε) ∈ N такое, что для любых натуральных чисел n ≥ n1 α(n) β ( 1/ n √ |an(f)| ) ≤ λ∗1 df= λ1 + ε. Отсюда имеем ∣∣an(f) ∣∣ ≤ 1( β−1 ( α(n)/λ∗1 ))n . (20) Умножим обе части соотношения (20) на rn и возведем в степень 1/n. Неравенство n √ rn ∣∣an(f) ∣∣ ≤ r β−1 ( α(n)/λ∗1 ) ≤ 1 2 (21) выполняется для любого n > n(r), n ∈ N, где n(r) df= [ α−1(λ∗1β(2r)) ] + 1, (22) [a] — целая часть числа a ∈ R. Тогда с учетом (21) имеем ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 1016 С. Б. ВАКАРЧУК, С. И. ЖИР ∞∑ n=n(r)+1 rn|an(f)| ≤ ∞∑ n=n(r)+1 1 2n ≤ 1. (23) Рассмотрим функцию g(x) df= rx Q(x, 1/λ∗1)x . (24) Прологарифмировав обе части соотношения (24), вычислим логарифмическую производную полученного выражения g′(x) g(x) = ln r − lnQ(x, 1/λ∗1)− d lnQ(x, 1/λ∗1) d lnx . (25) Из условия (9) следует существование константы B > 0 и числа x∗ > 0 таких, что для любого x ≥ x∗ выполняется неравенство∣∣∣∣d lnQ(x, 1/λ∗1) d lnx ∣∣∣∣ ≤ B. (26) Исходя из (26), вместо формулы (22) можем принять n∗1(r) df= [ α−1 ( λ∗1β ( exp(ln(2r) + B) ))] + 1. (27) Очевидно, что для любых натуральных чисел n ≥ n∗1(r) имеют место неравен- ства (21) и (23). Полагаем n0 df= max ( n1(ε), [x∗] + 1 ) , r(x) df= Q(x, 1/λ∗1) exp(B). (28) При этом для любого r > r(n0) с учетом (25), (26) и (28) получим g′(n0) g(n0) ≥ ln r − lnQ(n0, 1/λ∗1)−B = ln r r(n0) > 0. Учитывая вид функции Q, приведенный в формулировке теоремы 1, принадлеж- ность функций α, β классу L0, из (25) – (27) имеем g′ ( n∗1(r) ) g ( n∗1(r) ) ≤ − ln 2−B − d lnQ ( x, 1/λ∗1 ) d lnx ∣∣∣∣∣ x=n∗1(r) ≤ − ln 2 < 0. Пусть r > r(n0). Через x∗(r) обозначим точку, для которой g ( x∗(r) ) = max n0≤x≤n∗1(r) g(x). (29) Очевидно, что на основании (29) и (25) для точки x∗(r) выполняется равенство ln r − lnQ ( x∗(r), 1/λ∗1 ) − b(r) = 0, (30) где в силу (26) ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 О НАИЛУЧШЕМ ПОЛИНОМИАЛЬНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ ЦЕЛЫХ ... 1017 −B ≤ b(r) df= d lnQ(x, 1/λ∗1) d lnx ∣∣∣∣ x=x∗(r) ≤ B. (31) Учитывая вид функции Q, из (30) имеем x∗(r) = α−1 ( λ∗1β ( exp ( ln r − b(r) ))) . (32) Сравнивая (27) и (32), убеждаемся в том, что x∗(r) < n∗1(r). С другой стороны, для любого r > r(n0) на основании (26), (28) и (31) получим x∗(r) > x∗ ( r(n0) ) = α−1 ( λ∗1β ( exp ( lnβ−1 ( α(n0)/λ∗1 ) + B − b ( r(n0) )))) ≥ n0. Покажем, что в точке x∗(r), определенной формулой (32), функция g дей- ствительно достигает своего максимального значения на отрезке [n0, n ∗ 1(r)]. Оче- видно, что существуют числа ε1 > 0 и ε2 > 0 такие, для которых xε1(r) df= α−1 ( λ∗1β ( exp ( ln r − b(r)− ε1 ))) = n0, xε2(r) df= α−1 ( λ∗1β ( exp ( ln r − b(r) + ε2 ))) = n∗1(r). Рассмотрим два точечных множества M− ε1 df= { xε1(r) < x−ε (r) < x∗(r) : x−ε (r) df= α−1 ( λ∗1β ( exp ( ln r − b(r)− ε ))) , 0 < ε < ε1 } , (33) M+ ε2 df= { x∗(r) < x+ ε (r) < xε2(r) : x+ ε (r) df= α−1 ( λ∗1β ( exp ( ln r − b(r) + ε ))) , 0 < ε < ε2 } , (34) расположенные соответственно слева и справа от точки x∗(r). Пусть ε ∈ (0, ε1) — произвольное число. Учитывая (31) – (33) и тот факт, что β является функцией медленного роста, т. е. lim r→∞ β ( exp ( ln r − b(r) ) exp(−ε) ) β ( exp ( ln r − b(r) )) = 1, имеем lim r→∞ ( x−ε (r)− x∗(r) ) = 0. (35) В силу (31) и (35) получаем lim r→∞ ( b(r)− d lnQ(x, 1/λ∗1) d lnx ∣∣∣∣ x=x−ε (r) ) = 0. (36) Из (36) следует существование для ε > 0 такого числа r0 = r(ε) ∈ R, что для любого r > r0 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 1018 С. Б. ВАКАРЧУК, С. И. ЖИР ∆− ε (r) df= ∣∣∣∣b(r)− d lnQ(x, 1/λ∗1) d lnx ∣∣∣ x=x−ε (r) ∣∣∣∣ < ε 2 . (37) Подставляя значение x−ε (r) в (25) и учитывая (33) и (37), записываем g′ ( x−ε (r) ) g ( x−ε (r) ) = ln r − lnβ−1 ( α ( x−ε (r) ) /λ∗1 ) − d lnQ(x, 1/λ∗1) d lnx ∣∣∣ x=x−ε (r) = = b(r) + ε− d lnQ(x, 1/λ∗1) d lnx ∣∣∣ x=x−ε (r) ≥ ε−∆− ε (r) > ε/2 > 0. (38) Поскольку g ( x−ε (r) ) > 0, из (38) и произвольноcти выбора числа ε ∈ (0, ε1) следует, что на интервале ( n0, x ∗(r) ) функция g является монотонно возраста- ющей. Проводя аналогичные рассуждения для точек множества (34), получаем g′ ( x+ ε (r) ) < −ε/2 < 0, где ε ∈ (0, ε2) — любое число. Следовательно, на интерва- ле ( x∗(r), n∗1(r) ) функция g монотонно убывает и в итоге справедливо соотноше- ние (29). Используя (31), (32) и вид функции Q, получаем g ( x∗(r) ) = rx∗(r) ( Q ( x∗(r), 1/λ∗1 ))−x∗(r) = = exp ( x∗(r) ln r )( exp ( ln r − b(r) ))−x∗(r) = = exp ( x∗(r)b(r) ) ≤ exp ( x∗(r)B ) . Тогда на основании (21), (24) и (29) имеем max n0≤n≤n∗1(r) |an(f)|rn ≤ g ( x∗(r) ) ≤ exp ( x∗(r)B ) . (39) Для оценки сверху величины M̃(f, r) применим метод Виммана – Валирона. Используя (6) и (8), при r > r(n0) записываем M̃(f, r) = max z∈Gr |f(z)| ≤ ∞∑ n=0 |an(f)|max z∈Gr |Fn(z)| ≤ c1(r) ∞∑ n=0 |an(f)|rn ≤ ≤ c1(r)  n0∑ n=0 |an(f)|rn + n∗1(r)∑ n=n0+1 |an(f)|rn + ∞∑ n=n∗1(r)+1 |an(f)|rn . (40) В силу (23) и (39) из (40) получаем M̃(f, r) ≤ c1(r) ( O(rn0) + n∗1(r) exp ( x∗(r)B ) + 1 ) . (41) Покажем, что величина c1(r) ограничена сверху некоторой константой, не за- висящей от r. Для этого нам понадобится теорема, полученная В. К. Дзядыком. Теорема B [21]. Если граница γ замкнутой ограниченной области G с одно- связным дополнением состоит из конечного числа кривых Ляпунова (или даже кривых из класса Λ∗) или же из конечного числа кривых с непрерывной кривизной, ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 О НАИЛУЧШЕМ ПОЛИНОМИАЛЬНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ ЦЕЛЫХ ... 1019 образующих в точках стыка zj углы αjπ, 0 ≤ αj < 2, то при всех z ∈ γ и r > 1 справедливо соотношение dr(z) � (r − 1) ( |z − zj |+ (r − 1)2−αj ) 1−αj 2−αj , (42) где � — отношение слабой эквивалентности, dr(z) — расстояние от точки z ∈ γ до линии уровня γr, zj — ближайшая к z ∈ γ точка стыка на кривой γ. В рассматриваемом случае граница γ есть гладкая кривая из класса Λ∗. По- скольку на γ точки стыка zj отсутствуют (αj = 1), из (42) имеем dr(z) � (r − 1). (43) Вследствие (43) расстояние d(γ, γr) между кривыми γ и γr удовлетворяет соотно- шению d(γ, γr) � (r − 1). (44) Длину линии уровня γr можно вычислить по формуле l(γr) = ∫ γr |dz| = ∫ |w|=r ∣∣Ψ′(w) ∣∣ |dw|. (45) Известно (см., например, [22]), что если кривая γ принадлежит Λ∗, то производная Ψ′(w) непрерывна и отлична от нуля в замкнутой области |w| ≥ 1 и существуют две положительные постоянные c∗ и c∗ такие, что имеет место неравенство 0 < c∗ ≤ ∣∣Ψ′(w) ∣∣ ≤ c∗ < ∞, |w| ≥ 1. (46) Используя (46), из (45) имеем l(γr) ≤ sup |w|≥1 ∣∣Ψ′(w) ∣∣ ∫ |w|=r |dw| ≤ c̃r, (47) где c̃ — абсолютная константа. На основании (44) и (47) для (8) при всех r > r(n0) получим c1(r) < k∗, (48) где k∗ — абсолютная константа (k∗ > 1). С учетом (27), (32) и (48) неравенство (41) перепишем в следующем виде: M̃(f, r) ≤ k∗ ( O(rn0) + ( α−1 ( λ∗1β ( exp(ln r + 2 + B) )) + 1 ) × × exp ( Bα−1 ( λ∗1β ( exp ( ln r − b(r) ))))) . (49) Используя (49), записываем M̃(f, r) ( 1 + o(1) ) ≤ ( α−1 ( λ∗1β ( exp(ln r + 2 + B) )) + 1 ) × ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 1020 С. Б. ВАКАРЧУК, С. И. ЖИР × exp ( (B + ln k∗)α−1 ( λ∗1β ( exp(ln r + B) ))) ≤ ≤ exp ( (B + k∗ + o(1))α−1 ( λ∗1β ( exp(ln r + B) ))) . (50) Логарифмируя левую и правую части неравенства (50), имеем α (( B + k∗ + o(1) )−1 ln M̃(f, r) ) β(r + exp B) ≤ λ∗1 df= λ1 + ε. (51) Учитывая, что α и β — функции медленного роста, ε > 0 — произвольное число, а λ1 имеет вид (19), из (51) при r →∞ получаем lim r→∞ α ( ln M̃(f, r) ) β(r) ≤ lim n→∞ α(n) β ( 1/ n √ |an(f)| ) . (52) Требуемое равенство (10) следует из сопоставления соотношений (11), (19) с (52). Теорема 1 доказана. 5. Будем говорить, что аналитическая в области G функция f принадлежит пространству E ′p(G), p > 0, если для нее выполнено условие ‖f‖E′p = ∫∫ G |f(z)|pdσz 1/p < ∞, где z = x + iy, dσz = dxdy. Очевидно, что при p ≥ 1 E ′p(G) есть банахово пространство. Пусть Pn — подпространство алгебраических полиномов комп- лексной переменной степени, не превышающей n, а En ( f, E ′p(G) ) df= inf {∥∥f − − pn ∥∥ E′p(G) : pn ∈ Pn } — величина наилучшего приближения функции f ∈ E ′p(G) элементами подпространства Pn. Теорема 2. Пусть выполнены условия теоремы 1 и f ∈ E ′p(G), где p ≥ 1, G — конечная односвязная область с границей γ ∈ Λ∗. Тогда для того чтобы функция f была целой конечного обобщенного порядка ρ∗f (α, β) = η, необходимо и достаточно, чтобы lim n→∞ α(n) β ( 1 / n √ En ( f, E ′p(G) )) = η. (53) В ходе последующих рассуждений нам понадобится своеобразный аналог одно- го результата А. А. Конюшкова [23] в комплексной плоскости. Лемма A [17]. Пусть G — конечная односвязная область комплексной пло- скости с границей γ ∈ Λ∗, функция f ∈ E ′p(G), 1 ≤ p < p1 ≤ ∞, и ∞∑ ν=1 Eν ( f, E ′p(G) ) ν1/p−1/p1−1 < ∞. Тогда f ∈ E ′p1 (G) и для любого натурального числа n выполняется неравенство ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 О НАИЛУЧШЕМ ПОЛИНОМИАЛЬНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ ЦЕЛЫХ ... 1021 En ( f, E ′p1 (G) ) ≤ ≤ µp,p1 { En ( f, E ′p(G) ) n1/p−1/p1 + ∞∑ ν=n+1 Eν ( f, E ′p(G) ) ν1/p−1/p1−1 } , (54) где µp,p1 — константа, не зависящая от n. 6. Доказательство теоремы 2. Установим вначале достаточность усло- вия (53), полагая, что для функции f ∈ E ′p(G) оно имеет место. Поскольку из (53) следует соотношение lim n→∞ n √ En ( f, E ′p(G) ) = 0, на основании [17] заключаем, что f является целой функцией. Полагая ее обоб- щенный порядок ρ∗f (α, β), определенный формулой (10), равным ξ, покажем спра- ведливость равенства ξ = η. Пусть функция f имеет в области G разложение (6) в ряд по полиномам Фабера и p∗n(f, z) df= ∑n k=0 ak(f)Fk(z). Тогда в силу (8) получим En ( f, E ′p(G) ) ≤ ∥∥f − p∗n(f) ∥∥ E′p(G) = ∥∥∥ ∞∑ k=n+1 ak(f)Fk ∥∥∥ E′p(G) ≤ ≤ c1(r) p √ mes(G) ∞∑ k=n+1 |ak(f)|rk. (55) Из (10) следует, что для любого ε > 0 существует число n2 = n2(ε) ∈ N такое, что для произвольного натурального n > n2 выполнено неравенство α(n) β ( 1/ n √ |an(f)| ) ≤ ξ∗ df= ξ + ε. (56) Из (56) для любого n > n2, n ∈ N, имеем |an(f)| ≤ ( β−1 ( α(n) ξ∗ ))−n . (57) Из (8) следует, что при r → 1+0 поведение c1(r) зависит от величины d(γ, γr). Пусть, например, r = 1 + 1/n, n ∈ N. Используя оценку d(γ, γ1+1/n) ≥ cγ/n2 (cγ — постоянная, зависящая только от γ), справедливую для произвольной кусочно- гладкой кривой γ [21], записываем c1(1 + 1/n) ≤ n2l(γ1+1/n) 2πcγ , n ∈ N. (58) Учитывая (57), (58) и полагая в (55) r = 1 + 1/n, при n > n2, n ∈ N, имеем En ( f, E ′p(G) ) ≤ p √ mes(G) n2l(γ1+1/n) 2πcγ ∞∑ k=n+1 ( 1 + 1/n β−1 ( α(k)/ξ∗ ))k . (59) Пусть n3 ∈ N — такое наименьшее число, для которого ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 1022 С. Б. ВАКАРЧУК, С. И. ЖИР 2 β−1 ( α(n3)/ξ∗ ) < 1. (60) Тогда в силу (59), (60) для произвольного натурального числа n > ñ df= max(n2, n3) выполняется En ( f, E ′p(G) ) ≤ ≤ k∗1,pn 2l(γ1+1/n) ( 1 + 1/n β−1 ( α(n + 1)/ξ∗ ))n+1( 1− 2 β−1 ( α(n + 1)/ξ∗ ))−1 , (61) где k∗1,p df= p √ mes(G) 2πcγ . Из (53) и (61) следует неравенство η = lim n→∞ α(n) β ( 1 / n √ En ( f, E ′p(G) ) ) ≤ ≤ lim n→∞ α(n) β (( k∗1,pl(γ1+1/n)n2 )−1/n β−1 ( α(n + 1)/ξ∗ )( 1− 2 β−1 ( α(n + 1)/ξ∗ ))1/n ) = = lim n→∞ α(n) β ( β−1 ( α(n + 1)/ξ∗ )) = ξ + ε. (62) Поскольку ε > 0 — произвольное число, из (62) имеем η ≤ ξ. (63) Установим противоположное неравенство ξ ≤ η. Очевидно, что целая функция f ∈ E ′∞(G). Пусть p̃n−1(f, z) df= ∑n−1 k=0 ckFk(z) — многочлен наилучшего при- ближения функции f в метрике пространства E ′∞(G). Используя формулу (4) и теорему А, получаем |an(f)| = 1 2π ∣∣∣∣∣∣∣ ∫ |w|=1 f ( Ψ(w) ) − p̃n−1 ( f,Ψ(w) ) wn+1 dw ∣∣∣∣∣∣∣ ≤ ≤ 1 2π 2π∫ 0 ∣∣∣f(Ψ(eit) ) − p̃n−1 ( f,Ψ(eit) )∣∣∣dt ≤ ≤ max 0≤t<2π ∣∣∣f(Ψ(eit) ) − p̃n−1 ( f,Ψ(eit) )∣∣∣ = En−1 ( f, E ′∞(G) ) . (64) Из (10) и (64) следует неравенство ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 О НАИЛУЧШЕМ ПОЛИНОМИАЛЬНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ ЦЕЛЫХ ... 1023 ξ = lim n→∞ α(n) β ( 1/ n √ |an(f)| ) ≤ lim n→∞ α(n) β ( 1 / n √ En ( f, E ′∞(G) )) . (65) Используя соотношение (54), где p1 = ∞, и учитывая, что β — функция медленного роста, из (65) имеем ξ ≤ lim n→∞ α(n) / β ( 1 /(( En ( f, E ′p(G) ))1/n( µp,∞n1/p )1/n+ + ( µp,∞ ∞∑ ν=n+1 ν1/p−1Eν ( f, E ′p(G) ))1/n)) ≤ ≤ lim n→∞ α(n) β ( 1 / n √ En ( f, E ′p(G) ) ) = η. (66) Сравнивая неравенства (63) и (66), получаем требуемое равенство (53). При доказательстве необходимости условия (53) полагаем, что f является це- лой трансцендентной функцией, имеющей обобщенный порядок ρ∗f (α, β) = ξ. Справедливость равенства ξ = η показываем так же, как и в случае рассмотрения достаточности условия (53). Теорема 2 доказана. 7. Пусть функция z = Ψ0(w) конформно и однолистно отображает круг |w| < 1 на ограниченную односвязную область G при условиях Ψ0(0) = z0, Ψ′ 0(0) > 0, где z0 — некоторая фиксированная точка из G; γ̃r — линия уровня в области G, в которую переходит окружность |w| = r, 0 < r < 1, при отображении z = = Ψ0(w). Если для функции f, аналитической в G, при любых r ∈ (0, 1) выполнено неравенство ∫ γr ∣∣f(z) ∣∣p|dz| 1/p < M, p > 0, где M > 0 — произвольная постоянная, то говорят, что f принадлежит пространс- тву Ep(G) [22]. При p ≥ 1 пространство Ep(G) банахово с нормой ‖f‖Ep(G) = ∫ γ ∣∣f(z) ∣∣p|dz| 1/p , где γ — спрямляемая кривая, являющаяся границей области G. Через En ( f, Ep(G) ) df= inf { ‖f − pn‖Ep(G) : pn ∈ Pn } обозначим величину наи- лучшего полиномиального приближения функции f ∈ Ep(G) элементами подпро- странства Pn. Теорема 3. Пусть выполнены условия теоремы 1 и функция f ∈ Ep(G), где p ≥ 1, G — область, удовлетворяющая условиям теоремы 2. Для того чтобы f была целой функцией конечного обобщенного порядка ρ∗f (α, β) = η, необходимо и достаточно, чтобы выполнялось условие ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 1024 С. Б. ВАКАРЧУК, С. И. ЖИР lim n→∞ α(n) β ( 1 / n √ En ( f, Ep(G) ) ) = η. (67) Доказательство. Установим вначале достаточность условия (67), полагая, что для функции f ∈ Ep(G) оно выполнено. Из (67) следует, что имеет место равенство lim n→∞ n √ En ( f, Ep(G) ) = 0, а это означает, что функция f — целая [17]. Полагая ее обобщенный порядок ρ∗f (α, β), определенный формулой (10), равным ξ, покажем справедливость ра- венства ξ = η. Нам потребуется один результат И. И. Ибрагимова и Н. И. Ши- халиева, который приведем в удобном для нас виде. Лемма B [15]. Пусть G — конечная односвязная область комплексной плос- кости с границей γ ∈ Λ∗, функция f ∈ Ep(G), 1 ≤ p < p1 ≤ ∞, и ∞∑ ν=1 Eν ( f, Ep(G) ) ν1/p−1/p1−1 < ∞. Тогда f принадлежит Ep1(G) и неравенство En ( f, Ep1(G) ) ≤ ≤ θp,p1 { En ( f, Ep(G) ) n1/p−1/p1 + ∞∑ ν=n+1 Eν ( f, Ep(G) ) ν1/p−1/p1−1 } , (68) где θp,p1 — константа, не зависящая от n, выполняется для любого n ∈ N. Очевидно, что целая функция f принадлежит E ′p(G) при любом p ≥ 1. Поэтому En ( f, E ′p(G) ) ≤ p √ mes(G)En ( f, E ′∞(G) ) . (69) Поскольку E ′∞(G) ≡ E∞(G) и все условия леммы B для целой функции f выполнены, из (68) имеем En ( f, E∞(G) ) ≤ θp,∞ { En ( f, Ep(G) ) n1/p + ∞∑ ν=n+1 Eν ( f, Ep(G) ) ν1−1/p } . (70) Неравенство En ( f, Ep(G) ) ≥ n−1/p { En ( f, E ′p(G) ) θp,∞ p √ mes(G) − ∞∑ ν=n+1 Eν ( f, Ep(G) ) ν1−1/p } (71) следует из (69), (70). Используя теорему 2 и соотношения (67) и (71), получаем η = lim n→∞ α(n) β ( 1 / n √ En ( f, Ep(G) ) ) ≥ lim n→∞ α(n) β ( 1 / n √ En ( f, E ′p(G) ) ) = ξ. (72) Противоположное неравенство η ≤ ξ доказывается на основании соображе- ний, аналогичных использованным при получении такого же соотношения в ходе доказательства теоремы 2. Следовательно, η = ξ. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 О НАИЛУЧШЕМ ПОЛИНОМИАЛЬНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ ЦЕЛЫХ ... 1025 Покажем необходимость условия (67). Пусть f является целой функцией обоб- щенного порядка ρ∗f (α, β) = ξ. Неравенство η ≤ ξ устанавливается на основе рассуждений, аналогичных использованным при установлении подобного факта в ходе доказательства теоремы 2. Отличие состоит лишь в том, что в соотношениях вида (55), (61) вместо E ′p(G) и mes(G) записываем соответственно Ep(G) и l(γ). Неравенство η ≥ ξ устанавливается подобно тому, как это сделано при получении соотношения (72). Следовательно, η = ξ, и теорема 3 доказана. Использовав неравенства (21) и (64), рассмотрим вопрос о возможности сопо- ставления скорости стремления к нулю величины наилучшего полиномиального приближения En ( f, E∞(G) ) и величины ∣∣an+1(f) ∣∣ для целой трансцендентной функции f конечного обобщенного порядка ρ∗f (α, β). Замечание . Пусть для любого натурального числа n > n∗1(r) и некоторого вещественного числа r > max ( r(n0), 1 ) имеют место равенства |an(f)| = λn (2r)n , (73) где числа {λn} образуют невозрастающую последовательность, а n∗1(r) и r(n0) определены формулами (27) и (28) соответственно. Тогда справедливо соотноше- ние En ( f, E∞(G) ) � ∣∣an+1(f) ∣∣. (74) Действительно, известно [19], что в области G, ограниченной кривой γ ∈ ∈ Λ∗, многочлены Фабера ограничены в совокупности, т. е. существует абсолютная константа K > 0 такая, что для произвольного n ∈ Z+ ‖Fn‖E∞(G) ≤ K. Используя (73), для n > n∗1(r) получаем En ( f, E∞(G) ) ≤ ∥∥f − p∗n(f) ∥∥ E∞(G) ≤ ∞∑ k=n+1 ∣∣ak(f) ∣∣‖Fk‖E∞(G) ≤ ≤ K ∞∑ k=n+1 ∣∣ak(f) ∣∣ = K ∣∣an+1(f) ∣∣ ∞∑ k=0 λn+1+k λn+1 ( 1 2r )k . (75) Поскольку по условию теоремы λn+1+k/λn+1 ≤ 1 для любого k ∈ Z+, из (75) имеем En ( f, E∞(G) ) ≤ 2Kr 2r − 1 ∣∣an+1(f) ∣∣. (76) Из (64) следует оценка снизу ∣∣an+1(f) ∣∣ ≤ En ( f, E∞(G) ) . Сравнивая последнее неравенство с (76), получаем соотношение (74). 1. Даугавет И. К. Введение в теорию приближения функций. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1977. – 184 с. 2. Varga R. S. On an extension of a result of S. N. Bernstein // J. Approxim. Theory. – 1968. – 1, № 2. – P. 176 – 179. 3. Reddy A. R. Approximation of an entire functions // Ibid. – 1970. – 3, № 1. – P. 128 – 137. 4. Шеремета М. Н. О связи между ростом максимума модуля целой функции и модулями коэффициентов ее степенного разложения // Изв. вузов. Математика. – 1967. – № 2. – С. 100 – 108. ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8 1026 С. Б. ВАКАРЧУК, С. И. ЖИР 5. Шеремета М. Н. О связи между ростом целых или аналитических в круге функций нулевого порядка и коэффициентами их степенных разложений // Там же. – 1968. – № 6. – С. 115 – 121. 6. Балашов С. К. O связи роста целой функции обобщенного порядка с коэффициентами ее степенного разложения и распределением корней // Там же. – 1972. – № 8. – С. 10 – 18. 7. Shah S. M. Polynomial approximation of an entire function and generalized orders // J. Approxim. Theory. – 1977. – 19, № 4. – P. 315 – 324. 8. Reddy A. R. A contribution to best approximation in the L2 norm // Ibid. – 1974. – 11, № 1. – P. 110 – 117. 9. Ибрагимов И. И., Шихалиев Н. И. О наилучшем полиномиальном приближении в одном пространстве аналитических функций // Докл. АН СССР. – 1976. – 227, № 2. – С. 280 – 283. 10. Вакарчук С. Б. О наилучшем полиномиальном приближении в некоторых банаховых про- странствах аналитических в единичном круге функций // Мат. заметки. – 1994. – 55, № 4. – С. 6 – 14. 11. Вакарчук С. Б., Жир С. И. О полиномиальной аппроксимации целых трансцендентных функ- ций // Мат. физика, анализ, геометрия. – 2002. – 9, № 4. – С. 595 – 603. 12. Вакарчук С. Б., Жир С. И. Некоторые вопросы полиномиальной аппроксимации целых транс- цендентных функций // Укр. мат. журн. – 2002. – 54, № 9. – С. 1155 – 1162. 13. Вакарчук С. Б., Жир С. И. О полиномиальной аппроксимации целых трансцендентных функ- ций в комплексной плоскости // Проблеми теорiї наближення функцiй та сумiжнi питання: Зб. праць Iн-ту математики НАН України. – 2005. – 2. – С. 27 – 42. 14. Батырев А. В. К вопросу о наилучшем приближении аналитических функций полиномами // Докл. АН СССР. – 1951. – 76, № 2. – С. 173 – 175. 15. Ибрагимов И. И., Шихалиев Н. И. О конструктивной характеристике одного класса функций комплексного переменного // Докл. АН СССР. – 1977. – 236, № 4. – С. 789 – 791. 16. Giroux A. Approximation of entire functions over bounded domains // J. Approxim. Theory. – 1980. – 28, № 1. – P. 45 – 53. 17. Вакарчук С. Б. О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций в некоторых банаховых пространствах. I // Укр. мат. журн. – 1994. – 46, № 9. – С. 1123 – 1133. 18. Вакарчук С. Б. О наилучшем полиномиальном приближении целых трансцендентных функций в некоторых банаховых пространствах. II // Там же. – № 10. – С. 1318 – 1322. 19. Альпер С. Я. О равномерных приближениях функций комплексного переменного в замкнутой области // Изв. АН СССР. Сер. мат. – 1955. – 19, № 3. – С. 423 – 444. 20. Смирнов В. И., Лебедев Н. А. Конструктивная теория функций комплексного переменного. – М.; Л.: Наука, 1964. – 438 с. 21. Дзядык В. К. О приближении аналитических функций в областях с гладкой и кусочно-гладкой границей // Третья летн. мат. школа (Конструктивная теория функций). Кацивели, июнь-июль 1965 г. – Киев: Наук. думка, 1966. – С. 29 – 83. 22. Суетин П. К. Ряды по многочленам Фабера. – М.: Наука, 1984. – 336 с. 23. Конюшков А. А. Наилучшие приближения и коэффициенты Фурье // Мат. сб. – 1958. – 44, № 1. – С. 53 – 84. 24. Мергелян С. Н. Некоторые вопросы конструктивной теории функций // Тр. Мат. ин-та АН СССР. – 1951. – 37. – С. 3 – 90. Получено 18.02.08 ISSN 1027-3190. Укр. мат. журн., 2008, т. 60, № 8